要证明一个数列是等比数列,主要依据等比数列的定义来进行证明。等比数列的定义是:从第二项起,每一项与它的前一项的比值等于同一个常数,这个常数称为等比数列的公比。
定义法
假设数列的通项公式为 \(a_n = a_1 \cdot r^{(n-1)}\),其中 \(a_1\) 是首项,\(r\) 是公比。
对于任意的 \(n \geq 2\),计算 \(a_n / a_{n-1}\)。
如果 \(a_n / a_{n-1} = r\),则根据等比数列的定义,该数列是等比数列。
中项法
对于等比数列中的任意三项 \(a_{n-1}\)、\(a_n\) 和 \(a_{n+1}\),如果满足 \(a_n^2 = a_{n-1} \cdot a_{n+1}\),则该数列是等比数列。
通项公式法
如果数列的通项公式已知为 \(a_n = a_1 \cdot r^{(n-1)}\),并且对于所有的 \(n\),\(a_n
eq 0\),则该数列是等比数列。
递推公式法
如果数列满足递推公式 \(a_{n+1} = q \cdot a_n\),其中 \(q\) 是常数且 \(a_n
eq 0\) 对所有 \(n\) 成立,则该数列是等比数列。
前n项和法
如果数列的前n项和 \(S_n\) 满足 \(S_{n+1} = q \cdot S_n\),其中 \(q\) 是常数,则数列的通项 \(a_n = S_n - S_{n-1}\) 也满足等比数列的定义。
示例
假设我们要证明数列 \(a_n = 2^n\) 是等比数列:
定义法
首项 \(a_1 = 2\),公比 \(r = 2\)。
对于任意的 \(n \geq 2\),计算 \(a_n / a_{n-1} = 2^n / 2^{n-1} = 2\)。
因为每一项与它的前一项的比值都是2,所以该数列是等比数列。
中项法
计算 \(a_n^2 = (2^n)^2 = 4^n\)。
计算 \(a_{n-1} \cdot a_{n+1} = 2^{n-1} \cdot 2^{n+1} = 4^n\)。
因为 \(a_n^2 = a_{n-1} \cdot a_{n+1}\),所以该数列是等比数列。
通过以上方法,我们可以验证任意一个数列是否是等比数列。选择哪种方法可以根据具体题目和已知条件来进行。